CN115135994A - 检查电极接线片与引线之间的焊接部分的焊接质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检查袋型锂二次电池的电极接线片‑电极引线焊接部分的焊接质量的方法，并且该方法包括：由视觉检查设备识别焊接部分的焊接痕迹；测量所识别的焊接痕迹中的每个的大小；以及通过将测量的大小与参考值进行比较来确定焊接部分是已被弱焊接、过焊接还是正常地焊接。

Description

检查电极接线片与引线之间的焊接部分的焊接质量的方法
技术领域
本申请要求基于于2020年9月10日提交的韩国专利申请No.10-2020-0116258的优先权的权益，并且该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
本发明涉及一种检查焊接质量以便确定电极接线片(tab)和电极引线(lead)的焊接部分已被弱焊接、过焊接还是正常地焊接的方法。
背景技术
随着移动设备用技术被开发并且对移动设备的需求增加，对作为能量源的二次电池的需求已迅速增加。在此类二次电池当中，显示出高能量密度和工作潜力、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已被商业化并广泛地使用。
锂二次电池具有下述结构：其中包含锂盐的非水电解质被浸渍在电极组件中，在该电极组件中多孔分隔件被插置在已在集电器上施加了活性材料的正极和负极之间。
取决于外部材料壳体的形状，可以将这样的锂二次电池分类成其中单体组件被嵌入在金属罐中的罐型二次电池，以及其中单体组件被嵌入在铝层压片材的袋壳体中的袋型二次电池。
袋型锂二次电池由于低价格、高能量密度以及容易通过串联或并联连接来形成大容量电池组的优点而作为电动车辆或混合动力车辆的电源正在吸引关注。这样的袋型锂二次电池具有下述结构：其中板型电极引线所连接到的单体组件与电解质溶液一起被密封在袋壳体中。电极引线的一部分被暴露于袋壳体的外部，并且所暴露的电极引线电连接到安装有二次电池的设备或者用于电连接二次电池。
袋型锂二次电池包括电极组件、从电极组件延伸的多个电极接线片、焊接到电极接线片的电极引线、以及容纳电极组件的袋型外部材料。
此类电极接线片从电极组件的每个电极板延伸，电极引线电连接到从相应电极板延伸的多个电极接线片并且以被部分地暴露于袋壳体的外部的形式耦合。
当焊接电极接线片和电极引线时，可以使用激光焊接、电阻焊接和超声波焊接。在本文中，超声波焊接是产生10kHz至75kHz的超声波振动并且通过金属之间的超声波振动摩擦热来焊接金属的方案。即，如果在电极接线片接触电极引线的状态下通过超声波焊接设备来施加超声波振动，则在电极接线片与电极引线之间的接触表面上产生摩擦热，并且通过所产生的摩擦热来焊接电极接线片和电极引线。
电极接线片-电极引线焊接部分的焊接质量是通过分别用夹具拉动电极接线片和电极引线而测量拉伸强度来检查的，但是由于这是破坏性检查方法，所以完全检查是不可能的，并且能够通过仅间歇性样品测试来检查焊接质量。
韩国专利No.10-1678662公开一种用于通过视觉测量检查区域的焊接点并且将焊接点之和与焊接强度进行比较来确定焊接质量的技术。然而，由于在上述技术中检查区域限于一些压力点，所以可靠性降低。因此，需要开发关于能够改进检查电极接线片-电极引线焊接部分的焊接质量中的检查可靠性的非破坏性检查方法的技术。
发明内容
已做出本发明以解决以上问题，并且本发明的目的是为了提供一种以非破坏性方式检查袋型锂二次电池的电极接线片-电极引线焊接部分的焊接质量的方法。
此外，本发明的目的是为了提供一种能够以简化的方法确定焊接质量的检查方法。
【技术方案】
一种根据本发明的实施例的检查焊接质量的方法包括：由视觉检查设备识别焊接部分的焊接痕迹；测量所识别的焊接痕迹中的每个的大小；以及通过将所测量的大小与参考值进行比较来确定焊接部分是已被弱焊接、过焊接还是正常地焊接。
在本发明的实施例中，测量包括测量焊接痕迹中的每个的对角线长度。
在本发明的实施例中，焊接部分可以通过超声波焊接或激光焊接方法来焊接。
在本发明的实施例中，识别可以包括视觉检查焊接部分的电极引线表面。
在本发明的实施例中，测量可以包括测量焊接痕迹中的每个的面积。
在本发明的实施例中，参考值可以根据焊接焊头(horn)的间距从焊接质量相关数据获得。
在本发明的实施例中，确定可以包括：如果焊接痕迹的大小的平均值小于参考值则确定焊接部分已被弱焊接，并且如果平均值大于参考值则确定焊接部分已被过焊接。
在本发明的实施例中，测量可以包括测量除了存在于焊接部分的上侧、下侧、左侧和右侧中的每个的第一线上的压力点之外的剩余压力点的大小。
在本发明的实施例中，该方法包括检查在确定期间被确定为已被正常地焊接的对象的拉伸强度。
【有益效果】
根据本发明，由于通过将焊接部分的焊接痕迹的对角线长度的测量值与参考值进行比较来测量焊接质量，所以能够以简单方法测量焊接质量。
根据本发明，由于视觉检查焊接部分的引线表面，所以能够清楚地识别焊接部分的边界，并且能够更准确地执行焊接质量检查。
附图说明
图1是图示根据本发明的实施例的检查焊接质量的方法的次序的流程图。
图2是示出根据本发明的实施例的视觉检查过程的示意图。
图3是示出焊接痕迹的大小的概念图。
图4是图示根据本发明的另一实施例的检查焊接质量的方法的次序的流程图。
图5至图7是示出根据本发明的实施例的视觉测量焊接痕迹的大小的结果的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述本发明。本说明书和权利要求中使用的术语和单词不应该被解释为限于普通或词典术语，并且发明人可以适当地定义术语的概念以便最好地描述其发明。术语和单词应该被解释为与本发明的技术思想一致的含义和概念。
在本申请中，应该理解，诸如“包括”或“具有”的术语旨在表明有在说明书上描述的特征、数目、步骤、操作、部件、零件或其组合，并且它们不预先排除存在或添加一个或多个其他特征或数目、步骤、操作、部件、零件或其组合的可能性。另外，当诸如层、膜、区域、板等的部分被称为“位于”另一部分“上”时，这不仅包括该部分“直接位于”另一部分“上”的情况，而且还包括在其之间插置另外的另一部分的情况。另一方面，当诸如层、膜、区域、板等的部分被称为“位于”另一部分“下”时，这不仅包括该部分“直接位于”另一部分“下”的情况，而且还包括在其之间插置另外的另一部分的情况。另外，本申请中要设置“在…上”可以包括设置在底部以及顶部处的情况。
在下文中，将参考附图详细地描述本发明。
图1是图示根据本发明的实施例的检查焊接质量的方法的次序的流程图。参考图1，本发明的检查焊接质量的方法是用于检查袋型锂二次电池的电极接线片-电极引线焊接部分的焊接质量的方法，并且该方法包括：由视觉检查设备识别焊接部分的焊接痕迹(S10)；测量所识别的焊接痕迹中的每个的大小(S20)；以及通过将测量的大小与参考值进行比较来确定焊接部分已被弱焊接、过焊接还是正常地焊接(S30)。
本发明的发明人已鉴于如下事实设计出通过测量焊接部分的焊接痕迹的大小来测量焊接质量的本发明：焊接部分的焊接强度越大，焊接痕迹越大。
本发明中的焊接痕迹是在超声波焊接方法的情况下包括焊接压力点以及在激光焊接方法的情况下包括焊道的概念。
在常规焊接质量检查方法中，仅通过用夹具分别拉动电极接线片和电极引线来测量拉伸强度。然而，由于在此方法中电池损坏，所以仅执行如样品测试的间歇性检查。然而，根据本发明的焊接质量检查方法，视觉检查焊接部分的焊接痕迹，并且测量在视觉检查中识别的焊接痕迹的大小，从而确定焊接质量。在这种情况下，由于在焊接质量检查时电池没有损坏，所以能够检查所有电池。
视觉检查步骤(S10)包括由视觉检查设备识别其中电极接线片和电极引线已被焊接的焊接部分的焊接痕迹。视觉检查设备可以是显微镜或成像相机。
图2是示出根据本发明的实施例的超声波焊接部分的视觉检查过程的示意图。参考图2，视觉检查单元210可以拍摄或扫描焊接部分并且向数据输入单元220发送图像数据或图像文件。数据输入单元220可以向测量单元230发送从视觉检查单元210接收的诸如图像的数据，并且测量单元230可以根据从数据输入单元220接收的图像来测量压力点的对角线的长度和/或测量压力点的面积，并且将测量结果信息发送到数据存储单元(未示出)、显示单元250或确定单元240。此外，确定单元240将表示从测量单元230接收的压力点的大小的压力点的对角线的长度和/或压力点的面积与成为用于确定是否存在焊接缺陷的基础的参考值进行比较，从而确定焊接部位已被弱焊接、过焊接还是正常地焊接。
参考图2，在超声波焊接的情况下，在电极接线片120被定位在电极引线的上部上并且视觉检查单元210视觉检查电极接线片100和电极引线110的焊接部分的顶表面和背表面当中的、作为电极引线表面的背表面的状态下执行焊接。这是因为焊接部分的上表面是电极接线片表面，并且电极接线片由电极集电器箔制成，因此由于光反射在视觉检查时无法清楚地识别焊接痕迹的边界。相反，作为焊接部分的下表面的引线表面不具有边界由于光反射而变得不清晰的问题。因此，本发明的检查方法的特征在于，在视觉检查步骤中针对焊接部分的引线表面执行视觉检查。
此外，在激光焊接的情况下，与超声波焊接不同，在电极接线片位于电极引线下的状态下执行焊接。因此，在这种情况下，视觉检查单元视觉检查作为电极引线焊接部分的电极引线表面的上表面。
在测量步骤(S20)中，根据通过视觉检查获得的焊接部分的图像来测量焊接痕迹的大小。在一个特定示例中，压力点的大小可以是焊接痕迹的对角线的长度。图3是示出焊接痕迹的大小的概念图。参考图3，焊接部分包括多个焊接痕迹，并且一个焊接痕迹具有菱形的形式。可以通过对角线(a、b)的长度来估计菱形形状的焊接痕迹的大小，对角线(a、b)的长度是彼此面对的两个顶点之间的距离。
在一个特定示例中，可以通过测量焊接痕迹的面积来估计焊接痕迹的大小。可以存在测量焊接痕迹的面积的各种方法，但是在一个优选示例中，可以使用以像素为单位测量图像的方法。通过识别图像中与焊接痕迹所占面积相对应的像素的数目，自动化是可能的，并且可以应用统一测量准则。
在一个特定示例中，测量步骤可以是在视觉检查步骤处获得的图像中测量除了存在于焊接部分的上侧、下侧、左侧和右侧的每个第一线上的压力点之外的剩余压力点的大小。
图6和图7图示从根据本发明的实施例的视觉检查单元获得的焊接部分的图像。图6示出正极接线片和引线的焊接部分中的引线表面的图像，而图7示出负极接线片和引线的焊接部分中的引线表面的图像。测量单元可以根据图像来测量多个焊接痕迹的面积和对角线的长度(宽度、高度)并且显示它们的测量值。此外，可以测量检查区域中的所有焊接痕迹的大小，但是不测量存在于上侧、下侧、左侧和右侧的每个第一线上的压力点。参考图6，存在于上部的第一线上的压力点的大小明显小于其他压力点的大小。参考图7，存在于检查区域的第一线上的压力点的大小明显小于其他压力点的大小。因此，由于这些焊接痕迹成为噪声，所以在焊接质量检查时将它们排除在外。
确定步骤(S30)是通过将在测量步骤(S20)中测量的焊接痕迹的面积和对角线的长度与参考值进行比较来确定在焊接部分中是否存在焊接缺陷的步骤。确定步骤包括以下过程：基于预先根据焊接痕迹的大小的焊接质量结果数据，将满足正常焊接要求的焊接痕迹的大小的数值范围设定为参考值，并且如果数值范围低于预设参考值则确定焊接部分已被弱焊接，如果数值范围高于参考值则确定焊接部分已被过焊接，并且如果数值范围对应于参考值则确定焊接部分已被正常地焊接。
在一个特定示例中，可以根据焊接焊头的间距从焊接质量相关数据获得参考值。在本文中，焊接焊头是指包括在超声波焊接设备中的构件。超声波焊接在将被焊对象插入在焊头与砧座焊接体之间的状态下通过超声波振动来接合对象。此时，可以通过调整焊头的间距来确定焊接条件。在一个优选示例中，可以基于焊头间距来设定参考值。
焊头间距的长度是菱形形式的焊接痕迹中的一侧的长度，并且当假定4侧的长度相同时，对角线的长度在焊头的间距为0.9mm时是
Figure BDA0003808846100000081
即，基于作为具有0.9mm的间距的焊头的对角线的长度的1.27mm，可以将与长度的70％至80％相对应的数值范围(＝0.889mm至1.016mm)设定为参考值。
图5示出根据本发明的实施例的根据焊头的间距来设定参考值并且根据所设定的参考值来确定焊接质量的结果。当焊头间距是0.9mm时，正常焊接的参考值在0.889mm至1.016mm的范围内。因此，当焊接痕迹的大小低于以上数值范围时，确定为弱焊接，并且当大小高于上述数值范围时，确定为过焊接。即使当焊头间距是1.2mm时，也可以通过设定参考值来确定焊接是对应于弱焊接、过焊接还是正常焊接。
通过比较焊接痕迹的对角线的长度来确定焊接质量的方法比通过比较焊接面积来确定焊接质量的方法简单。
图5示出通过测量焊接痕迹的对角线的长度来确定是否存在焊接缺陷的示例，但是还可以通过测量焊接痕迹所占面积来确定是否存在焊接缺陷。
此外，存在多个焊接痕迹，并且焊接痕迹的面积和相应对角线的长度不同。因此，能够通过测量焊接痕迹的面积和相应对角线的长度、计算测量的值的平均值、并且将平均值与参考值进行比较来确定焊接质量。
图4是图示根据本发明的另一实施例的检查焊接质量的方法的次序的流程图。参考图4，可以包括在执行上述非破坏性焊接质量检查方法之后针对被确定为已被正常地焊接的对象附加地执行拉伸强度检查的过程。在通过视觉测量焊接痕迹的大小来确定焊接质量的方法的情况下，焊接强度是根据焊接痕迹的大小来估计的，因此即使当焊接实际上是弱焊接时，也可能将它视为正常焊接。因此，附加地执行拉伸强度检查。由于拉伸强度检查是焊接部分被破坏的破坏性检查，所以不可能针对被确定为正常的所有对象执行检查，并且针对几个对象间歇性地执行检查。由于本发明的检查方法包括针对所有电池单体的上述非破坏性检查，其可以补充间歇性拉伸强度检查。
此外，通过本发明的检查方法来检查的电池可以具有下述结构：其中具有正极、分隔件和负极交替地堆叠的结构的电极组件被容纳在电池壳体中。正极和负极各自具有下述结构：其中在集电器上施加包含电极活性材料的电极浆料，然后将集电器干燥和压延以从而形成活性材料层。当电极组件被容纳在电池壳体中时，可以将电解质溶液注入到内部中并密封，从而制造电池单体。
在本文中，集电器可以是正极集电器或负极集电器，并且电极活性物质可以是正极活性物质或负极活性物质。另外，除了电极活性材料之外，电极浆料还可以包括导电材料和结合剂。
在本发明中，正极集电器通常具有3微米至500微米的厚度。正极集电器未特别限制，只要它具有高导电性而不在电池中引起化学变化即可。正极集电器的示例包括不锈钢、铝、镍、钛、表面已用碳、镍、钛、银处理过的烧结碳或铝或不锈钢等。集电器可以在其表面上具有精细凹凸不平以增加正极活性材料的粘附力，并且诸如膜、片材、箔、网、多孔体、泡沫和无纺布的各种形式是可能的。
用于负极集电器的片材通常具有3微米至500微米的厚度。负极集电器未特别限制，只要它具有导电性而不在电池中引起化学变化即可，并且其示例包括铜、不锈钢、铝、镍、钛、表面已用碳、镍、钛、银等处理过的烧结碳、铜、不锈钢、铝镉合金等。另外，像正极集电器一样，能够在表面上形成精细凹凸不平以增强负极活性物质的结合力，并且其能够以诸如膜、片材、箔、网、多孔体、泡沫和无纺布的各种形态使用。
在本发明中，正极活性材料是能够引起电化学反应的材料和锂过渡金属氧化物，并且包含两种或更多种过渡金属。其示例包括：层状化合物，诸如被一种或多种过渡金属取代的钴酸锂(LiCoO2)和镍酸锂(LiNiO2)；被一种或多种过渡金属取代的锰酸锂；通过式LiNi1-yMyO2表示的锂镍氧化物(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B、Cr、Zn或Ga并且包含以上元素中的至少一种，0.01≦y≦0.7)；通过式Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae表示的锂镍钴锰复合氧化物，诸如Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2、Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2等(其中-0.5≤z≤0.5，0.1≤b≤0.8，0.1≤c≤0.8，0≤d≤0.2，0≤e≤0.2，b+c+d<1，M＝Al、Mg、Cr、Ti、Si或Y，并且A＝F、P或Cl)；通过式Li1+xM1-yM'yPO4-zXz表示的橄榄石基锂金属磷酸盐(其中M＝过渡金属，优选地为Fe、Mn、Co或Ni，M'＝Al、Mg或Ti，X＝F、S或N，并且-0.5≤x≤0.5，0≤y≤0.5，0≤z≤0.1)。
负极活性物质的示例包括：诸如非石墨化碳和石墨碳的碳；诸如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe’yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me’：Al、B、P、Si、元素周期表的第1、2和3族、卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)的金属复合氧化物；锂金属；锂合金；硅合金；锡合金；诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4和Bi2O5的金属氧化物；诸如聚乙炔的导电聚合物；以及Li-Co-Ni基材料。
导电材料通常以基于包括正极活性材料的混合物的总重量按重量计1％至30％的量添加。这样的导电性材料未特别限制，只要它具有导电性而不在电池中引起化学变化即可，并且其示例包括：诸如天然石墨和人造石墨的石墨；诸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑和夏炭黑的炭黑；诸如碳纤维和金属纤维的导电纤维；诸如氟化碳、铝、镍粉末的金属粉末；诸如氧化锌和钛酸钾的导电晶须；诸如氧化钛的导电金属氧化物；以及诸如聚苯衍生物等的导电材料。
作为帮助活性材料与导电材料之间结合以及结合到集电器的组分，结合剂以基于包含正极活性材料的混合物的总重量按重量计1％至30％的量添加。此类结合剂的示例包括聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙橡胶(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶、各种共聚物等。
此外，在正极与负极之间插置分隔件，并且使用具有高离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜。分隔件的孔径通常为0.01微米至10微米，并且厚度通常为5微米至300微米。这样的分隔件的示例包括诸如耐化学性和疏水性的聚丙烯的烯烃基聚合物；由玻璃纤维、聚乙烯等制成的片材或无纺布。
在电极组件中，电极接线片形成在电极的一侧，并且电极接线片可以是正极接线片或负极接线片。正极引线和负极引线分别连接到正极接线片和负极接线片。正极引线和负极引线被拉出到外部，从而起电连接到外部的端子的作用。此时，正极引线和负极引线可以通过焊接分别接合到正极接线片和负极接线片。
此外，电池壳体未特别限制，只要它被用作用于封装电池的外部材料即可，并且可以使用圆柱形、方形或袋型，具体地可以使用袋型电池壳体。袋型电池壳体通常由铝层压片材制成并且可以由用于密封的内部密封剂层、用于防止材料渗透的金属层和形成壳体的最外部的外部树脂层构成。电池壳体的细节对本领域的普通技术人员而言是已知的，因此将省略其详细描述。
在构成电极组件的电极中，电极接线片被拉出到一侧以便与外部设备或另一电池单体电连接。电极接线片可以是正极接线片或负极接线片，并且正极接线片和负极接线片可以通过焊接与电极引线耦合。电极引线被拉出到电池壳体的外部。
另一方面，在本说明书中，使用了指示诸如上、下、左、右、前、后的方向的术语，但是显然，这些术语是仅为了描述的方便，并且可以取决于对象的位置或观察者的位置而改变。
[附图标记的描述]
110：电极引线
120：电极接线片
a、b：焊接痕迹的对角线长度

Claims (9)

1.一种用于检查袋型锂二次电池的电极接线片-电极引线焊接部分的焊接质量的方法，所述方法包括：
由视觉检查设备识别所述焊接部分的焊接痕迹；
测量所识别的焊接痕迹中的每个的大小；以及
通过将所测量的大小与参考值进行比较来确定所述焊接部分是已被弱焊接、过焊接还是正常地焊接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量包括测量所述焊接痕迹中的每个的对角线长度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述焊接部分是通过超声波焊接或激光焊接方法焊接的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别包括视觉检查所述焊接部分的电极引线表面。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述测量包括测量所述焊接痕迹中的每个的面积。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述参考值是根据焊接焊头的间距从焊接质量相关数据获得的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定包括：如果所述焊接痕迹的大小的平均值小于所述参考值则确定所述焊接部分已被弱焊接，并且如果所述平均值大于所述参考值则确定所述焊接部分已被过焊接。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量包括测量除了存在于所述焊接部分的上侧、下侧、左侧和右侧中的每个的第一线上的压力点之外的剩余压力点的大小。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括检查在所述确定期间被确定为已被正常地焊接的对象的拉伸强度。
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